砂土掺量对泡沫轻质土强度特性的影响研究

汪增武，何玉涛，周　杰

(安徽滁宁高速公路开发有限公司，安徽　滁州　239000)



砂土掺量对泡沫轻质土强度特性的影响研究

汪增武，何玉涛，周杰

(安徽滁宁高速公路开发有限公司，安徽滁州239000)

汪增武(1971—)，高级工程师，主要从事高速公路建设管理工作；

何玉涛(1973—)，工程师，主要从事高速公路建设管理工作；

周杰(1983—)，工程师，主要从事高速公路建设管理工作。

摘要：文章以水泥、砂、土、发泡剂等为原料，采用化学发泡方法制备高性能、低密度的泡沫混凝土，并研究了不同水泥掺量、砂和土的掺量、养护龄期等对高掺砂量泡沫轻质土无侧限抗压强度的影响。结果表明：在水料比一定时，随着砂或土用量增加到一定比例，高掺砂量泡沫轻质土的强度会有所降低；相同掺量下，掺加砂的强度明显比掺加淤泥质黏土的强度大；高掺砂量泡沫轻质土加砂后，其独特的强度特性需要在一定的时间以后才能显现得较为明显。

关键词：泡沫混凝土；砂土；化学发泡；高掺砂量泡沫轻质土；强度

0引言

在水泥浆搅拌过程中或者在水泥浆的浇注过程中以物理或化学的方式引入适量细小气泡再经养护硬化后得到的多孔性混凝土称为泡沫混凝土。泡沫混凝土与普通混凝土在组成材料上的最大区别在于泡沫混凝土中没有普通混凝土中的粗集料，而是含有大量气泡[1]。泡沫混凝土在公路建设特别是高速公路建设领域有着巨大的需求和广阔的应用前景。特别是在软土地基多的地区，软基上修建的路堤及桥梁涵洞多存在桥涵跳车问题。传统做法尽管可确保软基的主固结沉降基本完成，但工后沉降仍然会由次固结引起，问题得不到彻底的解决[2]。制作表观密度较小的轻质石英砂矿渣-泡沫土填土材料的主要目的是通过减轻施加于地基的附加应力，抑制软弱地基的破坏和沉降，从根本上解决沉降问题[3]，减少地下结构物所承受的土压力、提高结构物的使用寿命。在工程中广泛地应用于挡土墙、地下回填、地基工程等各类土建工程中。

高掺砂量泡沫轻质土的重要特性是轻质、高强，而影响高掺砂量泡沫轻质土强度的主要因素是水泥、砂和土的配合比例以及养护龄期。本试验以水泥、砂、土、发泡剂等为原料，采用化学发泡方法制备高性能、低密度的泡沫混凝土。研究了不同水泥掺量、砂和土的掺量、养护龄期等对高掺砂量泡沫轻质土的无侧限抗压强度影响。

1试验概况

1.1　原材料

水泥：采用P·II52.5级硅酸盐水泥，比表面积376 m2/kg；砂：本实验采用南京河西地区的砂，通过1 mm、0.5 mm、0.35 mm、0.25 mm、0.1 mm、0.038 mm等6个孔径大小的筛子进行颗粒级配试验；减水剂：市售聚羧酸高效减水剂，含固量30%；早强剂：主要成分为MgCl2；化学发泡剂：市售工业过氧化氢，浓度为35%。

1.2　试验方案

首先进行了一组小型对比试验，以助于确定接下来的实验方案。对高掺砂量泡沫轻质土加砂和不加砂进行对比一组试验，分别测定其3 d、7 d、28 d的无侧限抗压强度，并测定试件的密度及含水率。

取水料比=水的质量/(水泥+砂+土)=0.5保持不变，并将水的质量保持不变，改变水泥、砂以及土的配合比例，进行试验方案的设计，实验设计分成四大组试验：(1)第一组是水泥+泡沫+水；(2)第二组是水泥+泡沫+水+砂；(3)第三组是水泥+泡沫+水+淤泥质土；(4)第四组是水泥+泡沫+水+砂+淤泥质土。并且在后三组方案中控制水泥和砂土的配合比，分别分组实验，每一组试验设置3个平行试件，以确保方案的可行性，减少误差。

要进行的试验主要是无侧限抗压强度的测试，除此之外还要进行高掺砂量泡沫轻质土试件的密度和含水率的试验。

水泥的干密度取360 kg/m3，配制1 m3体积试样的各原材料配比见表1：

表1　实验方案配合比表

控制水料比均为0.5，配置单位体积的高掺砂量泡沫轻质土，其中原材料混合之后，体积不足部分由泡沫填充。本实验变量为水泥、砂、土的比例，每个配比制作立方体试件一组3个试件，以3个试样的无侧限抗压强度平均值作为该配比的抗压强度值。

2试验结果与讨论

各组试验在养护龄期为3 d、7 d下的无侧限抗压强度记录表，见表2~3。

表2　3 d的应力强度记录表

表3　7 d的应力强度记录表

(注：33%土的一组由于高掺砂量泡沫轻质土配置时配合比出现错误而没有测无侧限抗压强度，仅仅测了密度和含水率)

对比上述数据进行处理见图1。

图1　各组试样强度与龄期的关系图

从图1中可以看出，相同掺量下，轻质土的抗压强度，掺加砂的强度明显比掺加淤泥质黏土的强度大。图1中显示不加砂的强度很大，这其实主要是水泥的强度作用，实验中控制水料比相同，增加砂土用量的同时会减少水泥的用量，但随着砂或土用量增加到一定比例，高掺砂量泡沫轻质土的强度会有所降低，所以实际应用时应该在不减少轻质土强度的同时适量减少水泥用量并增加砂或土用量，以此来节约成本，从而降低强度。在工程设计所需要的材料强度内，可以考虑在泡沫土中掺高量砂，以提高泡沫土的强度。对于各组试样，养护龄期为7 d的强度明显大于养护龄期为3 d的强度，龄期对泡沫土强度的影响不容忽视。

现场取不加砂和加砂量为20%的泡沫土试样，分别养护3 d、7 d、28 d后无侧限抗压强度对比见图2。从图2中可以明显看出加了20%的砂的一组强度明显比不加砂的强度大很多，尤其是28 d以后的强度差距特别明显，所以高掺砂量泡沫轻质土加砂以后其独特的强度特性需要在一定的时间以后才能显现得非常明显。

图2　两组无侧限抗压强度对比图

3结语

(1)由掺加淤泥质黏土和掺砂试样强度试验的比较可以看出，掺加砂的强度明显比掺加淤泥质黏土的强度大，所以增加砂的用量是比较合理的，由于实验中采用的淤泥质土本身强度不够大而影响了试样的抗压强度，对此，可以选取其它种类的土进行进一步的试验。

(2)实验中控制水料比相同，增加砂土用量的同时会减少水泥的用量，但随着砂或土用量增加到一定比例，高掺砂量泡沫轻质土的强度会有所降低，所以实际应用时应该在不减少轻质土强度的同时适量减少水泥用量并增加砂或土用量，以此来节约成本。

(3)加砂20%试样的强度明显比不加砂试样的强度大很多，尤其是28d以后的强度差距特别明显，所以高掺砂量泡沫轻质土加砂以后其独特的强度特性需要在一定的时间以后才能显现得非常明显。

参考文献

[1]秦璜，潘志华，吕钦刚.水泥基不燃性轻质保温材料制备的研究[J].新型建筑材料，2012(4)：27-30.

[2]肖礼经.泡沫水泥轻质土在公路建设中的应用与研究[D].长沙：湖南大学，2003.

[3]刘元炜，梁小光，孙贵新，等.公路桥梁台背回填泡沫轻质土施工工艺[J].公路，2013(9)：123-126.

[4]CES249：2008，现浇泡沫轻质土技术规程[S].

Research on the Impact of Sand Content on Strength Characteristics of Foamed Light Soil

WANG Zeng-wu，HE Yu-tao，ZHOU Jie

(Anhui Chuning Expressway Development Co.，Ltd.，Chuzhou，Anhui，239000)

Abstract：With the cement，sand，earth，and foaming agents as raw materials，this article prepared the high-performance and low-density foamed concrete by using the chemical foaming process，and stud-ied the impact of different cement，sand and clay content，curing period and other factors on the uncon-fined compressive strength of foamed light soil with high-content sand. The results showed that：under constant ratio of water and materials，when the sand or earth amount increases to certain percentage，the strength of foamed light soil with high-content sand will decrease；at the same mixing amount，the strength after mixing with sand is significantly higher than the strength after mixing with mucky clay；after the foamed light soil with high-content sand is mixed with the sand，its unique strength characteristics can be shown obviously only after a certain time.

Keywords：Foamed concrete；Sandy soil；Chemical foaming；Foamed light soil with high-content sand；Strength

收稿日期：2015-07-05

文章编号：1673-4874(2015)08-0025-03

中图分类号：U414

文献标识码：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.08.006

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